موت البطاريات والقاء اللوم علي الفيزياء

لماذا تموت البطاريات؟ ولماذا لا يمكن إعادة شحنها سوى مرات عديد قبل ان يتم التخلص منها سألني ابني الصغير عن ذلك قبل سنوات عندما توقفت سيارته التي تعمل بالبطارية عن التحرك ، متسائلاً عما أسماه "البطاريات الأبدية". وربما عبر هذا السؤال نفسه عقل كل مستخدم لهاتف خليوي يحاول إرسال نص آخر قبل أن تومض الشاشة.
تستمر الأبحاث ، مثل أبحاثي ، في جميع أنحاء العالم لإنتاج بطاريات يتم شحنها بسرعة أكبر ، وتستمر لفترة أطول ، ويمكن إعادة شحنها وتفريغها مرات أكثر من أوقات اليوم. لكن بقدر ما ترغب أنت وأنا ، من المستحيل صنع بطارية أبدية حقًا. لقد علمت الديناميكا الحرارية لأكثر من 30 عاما. حتى الآن ، لا يوجد شيء يوحي بأننا قادرون على تحطيم القوانين الأساسية للعلوم للحصول على هذه البطارية المراوغة.

يصف علماء ومهندسو البطارية المشكلة الرئيسية بـ "القدرة على التلاشي". يتساءل الناس العاديون عن أسئلة مثل: "لماذا لا تحتوي بطاريتي على شحن؟" ، وشكاوى مثل "أنا أعيد شحن هذا الشيء ، وأخرجته مرة أخرى!" "

إنه نتيجة للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، والذي ينص على أنه كلما حدثت عملية حقيقية ، فإنه يخلق كمية معينة من الطاقة المهدرة على طول الطريقة التي لا يمكن استردادها أبدًا. في أي وقت يتم فيه شحن البطارية أو تفريغها ، هناك القليل من الطاقة الضائعة - القليل من القدرة الضائعة في البطارية التي لا يمكن استردادها.

لتتصور كيف يعمل هذا ، فكر في استخدام البطارية مثل نقل المياه بين كوبين. استخدام البطارية يشبه إفراغ المياه من كوب إلى آخر ، وشحن البطارية ينطوي على صب الماء مرة أخرى في الكأس الأول. حتى إذا كنت تفعل ذلك مرة أو مرتين دون أن تسقط قطرة ، فهناك دائمًا القليل في كل كوب لا يمكنك صبه.
الآن تخيل صب يتدفق ذهابا وإيابا مئات أو حتى آلاف المرات على مدى فترة سنتين أو ثلاث سنوات (لبطارية الهاتف المحمول) أو 10 إلى 20 سنة (لسيارة كهربائية). مع مرور الوقت ، فإن كل آلاف الأشياء الصغيرة والكبيرة التي تخطئ تضيف الكثير من الماء المفقود. حتى أن إراقة قطرة بالكاد يمكن رؤيتها - مثل عشر الملليتر - تضيف إلى لتر كامل إذا حدث ذلك 10000 مرة. هذا لا يشمل حتى إمكانية فشل أحد الكؤوس بطريقة تفقد قدرًا أكبر من الماء - مثل نشوء تسرب أو تسخين وتسبب التبخر.

وكما أن الماء يفتقد حتما عندما يتدفق من فنجان إلى آخر ، فإن هناك حاجة إلى طاقة أكبر لشحن البطارية أكثر مما تخزنه ، كما أن كمية أقل من الطاقة تخرج من تلك المخزنة بها. نسبة الطاقة المهدرة للطاقة المخزنة تنمو مع مرور الوقت.
في الواقع ، كلما زاد استخدامك للبطارية ، زادت كمية الطاقة التي يتم إهدارها ، وكلما اقتربت البطارية من الوصول إلى النقطة التي تكون فيها ميتة ولا يمكن إعادة شحنها. أنا وآخرون يدرسون طرقًا لجعل دورات التفريغ وإعادة الشحن تعمل بسلاسة أكبر لتقليل كمية النفايات ، ولكن القانون الثاني للديناميكا الحرارية سيحرص دائمًا على التأكد من عدم وجود طريقة للتخلص منه تمامًا.

ستيف دبليو مارتن أستاذ علوم المواد والهندسة في جامعة ولاية أيوا. 

اعداد وترجمة / فادي طارق 

المصدر